JP2010211203A - Fixing member and method for manufacturing the member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般には界面層に、より詳細には、電気写真装置に使用されるダイヤモンド含有界面層および関連部材、ならびにダイヤモンド含有界面層および関連部材を製造するための方法に関する。 The present invention relates generally to interfacial layers, and more particularly to diamond-containing interfacial layers and related members used in electrophotographic devices, and methods for making diamond-containing interfacial layers and related members.
電子写真術(ゼログラフィー、電子写真画像形成または静電写真画像形成としても知られている)において、画像形成プロセスは、支持面(例えば、紙のシート)上に可視トナー像を形成することを含む。この可視トナー像は、多くの場合、静電潜像を含む感光体から転写され、通常、定着器(fuser)を使用して支持体表面上に定着または溶融定着されて永続的な画像が形成される。例えば、この定着器は、弾性シリコーンゴム層を被覆しているフルオロプラスチック(例えば、フルオロアルコキシ(PFA)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE))製の表面離型層を含むことができる。フルオロプラスチック表面は、オイルレスで溶融定着を可能にすることができ、形状整合性(conformable)シリコーンゴム層は、ラフ紙の定着、低いむら(mottle)および良好な均一性を可能にすることができる。幾つかの定着器では、結合層(tie layer)などのプライマー層をシリコーンゴム層と表面離型層の間に用いてそれらの間の接着を容易にしている。 In electrophotography (also known as xerography, electrophotographic imaging, or electrostatographic imaging), the imaging process involves forming a visible toner image on a support surface (eg, a sheet of paper). Including. This visible toner image is often transferred from a photoreceptor containing an electrostatic latent image and is typically fixed or melt-fixed on a support surface using a fuser to form a permanent image. Is done. For example, the fuser can include a surface release layer made of a fluoroplastic (eg, fluoroalkoxy (PFA) or polytetrafluoroethylene (PTFE)) covering an elastic silicone rubber layer. Fluoroplastic surfaces can enable oilless melt fusing, and conformable silicone rubber layers can allow rough paper fusing, low mottle and good uniformity. it can. In some fusers, a primer layer such as a tie layer is used between the silicone rubber layer and the surface release layer to facilitate adhesion between them.
フルオロプラスチックは、結晶質材料であることが多く、皮膜を形成するために高い焼成温度(典型的には、300℃より上)を必要とする。しかし、下にあるシリコーンゴムは約250℃で分解し始めるので、問題が生ずる。従って、焼成温度、昇温ならびにプライマー層のタイプおよび厚みなどの形成プロセス条件を望みどおりに調整できたとしても、欠陥のない均一な定着器フィルムを獲得することは困難である。 Fluoroplastics are often crystalline materials and require high firing temperatures (typically above 300 ° C.) to form a film. However, problems arise because the underlying silicone rubber begins to decompose at about 250 ° C. Therefore, even if the formation process conditions such as the firing temperature, the temperature rise, and the type and thickness of the primer layer can be adjusted as desired, it is difficult to obtain a uniform fixing film without defects.
従って、先行技術のこれらおよび他の問題を克服すること、また、定着部材(fuser member)における界面複合材層ならびにこの界面複合材層および定着部材を形成するための方法を提供することが必要とされている。 Accordingly, there is a need to overcome these and other problems of the prior art and to provide an interfacial composite layer in a fuser member and a method for forming the interfacial composite layer and the fuser member. Has been.
様々な実施形態により、本教示は、定着部材(fuser member)を含む。1つの実施形態において、定着部材は、基材、弾性層、界面層および表面層を含むことができる。基材の上に配置される弾性層の上に表面層を配置することができる。この表面層と弾性層の間に界面層を配置することができ、弾性層は、ポリマーマトリックス内に分散された複数のダイヤモンド含有粒子を含むことができる。 According to various embodiments, the present teachings include a fuser member. In one embodiment, the fuser member can include a substrate, an elastic layer, an interface layer, and a surface layer. A surface layer can be disposed on the elastic layer disposed on the substrate. An interfacial layer can be disposed between the surface layer and the elastic layer, and the elastic layer can include a plurality of diamond-containing particles dispersed within a polymer matrix.
様々な実施形態によると、本教示は、定着部材を製造するための方法も含む。本方法では、複数のダイヤモンド含有粒子とポリマーとを含むように複合分散体を形成することができる。その後、複合分散体を弾性層の上に堆積させて界面層を形成することができ、弾性層は基材の上に形成される。形成された界面層に第二の分散体を付与することができ、約250℃以上の温度でそれを処理して、界面層の上に表面層を形成することができる。 According to various embodiments, the present teachings also include a method for manufacturing a fuser member. In this method, the composite dispersion can be formed to include a plurality of diamond-containing particles and a polymer. The composite dispersion can then be deposited on the elastic layer to form an interface layer, which is formed on the substrate. A second dispersion can be applied to the formed interfacial layer and it can be treated at a temperature of about 250 ° C. or higher to form a surface layer on the interfacial layer.
本発明の追加の目的および利点を後続の説明の中で一部述べることとし、それらは、一部、その説明から明らかになり、または本発明の実施によって学ぶこととができる。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に個々に示す要素および組み合わせによって実現および達成されるであろう。 Additional objects and advantages of the invention will be set forth in part in the description that follows, and in part will be apparent from the description, or may be learned by practice of the invention. The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
上述の一般的な説明および後続の詳細な説明は、両方とも、単に例示的および説明的なものであり、特許請求の範囲に記載する本発明を限定するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention as claimed.
本発明により、基材と、前記基材の上に配置された弾性層と、前記弾性層の上に配置された、ポリマーマトリックス内に分散された複数のダイヤモンド含有粒子を含む界面層と、 前記界面層の上に配置された表面層と、を含む定着部材が提供される。
前記界面層のポリマーマトリックスは、シリコーンエラストマー、フルオロポリマー、ポリペルフルオロエーテル、フッ素化ポリエーテル、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポリエーテルケトン、フッ素化ポリアミドまたはフッ素化ポリエステルから成る群より選択される1つ以上のポリマーを含んでいてもよい。
前記複数のダイヤモンド含有粒子が、少なくとも60重量%のダイヤモンドを含み、かつ、前記ダイヤモンドが、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンドまたはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
本発明により、また、部材を製造するための方法であって、複数のダイヤモンド含有粒子とポリマーとを含む複合分散体を形成することと、前記複合分散体を、基材の上に形成された弾性層の上に付着させて、界面層を形成することと、前記界面層の上に第二の分散体を付与することと、前記の付与した第二の分散体を250℃以上の温度で処理して、前記界面層の上に表面層を形成することと、を含む方法が提供される。
According to the present invention, a substrate, an elastic layer disposed on the substrate, an interfacial layer including a plurality of diamond-containing particles dispersed in a polymer matrix disposed on the elastic layer, A fuser member is provided that includes a surface layer disposed over the interface layer.
The polymer matrix of the interface layer is one or more selected from the group consisting of silicone elastomers, fluoropolymers, polyperfluoroethers, fluorinated polyethers, fluorinated polyimides, fluorinated polyether ketones, fluorinated polyamides or fluorinated polyesters. The polymer may be included.
The plurality of diamond-containing particles may include at least 60% by weight of diamond, and the diamond may include natural diamond, synthetic diamond, or a combination thereof.
According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a member, wherein a composite dispersion including a plurality of diamond-containing particles and a polymer is formed, and the composite dispersion is formed on a substrate. Depositing on the elastic layer to form an interface layer; applying a second dispersion on the interface layer; and applying the applied second dispersion at a temperature of 250 ° C. or higher. Treating to form a surface layer on the interfacial layer.
界面層を含有する定着部材(fuser member)、ならびに界面層および定着部材を形成するための方法を提供する。1つの実施形態において、定着部材は、基材と、弾性層と、表面層と、弾性層と表面層の間に配置された界面層とを含むことができる。弾性層としては、例えば、シリコーンゴム層を挙げることができ、表面層は、例えば、PFAまたはPTFEのフルオロプラスチックなどのフルオロポリマーを含むことができる。界面層は、ダイヤモンド含有ポリマー複合体を含むことができる。それ故、表面層および定着部材は、約250℃以上の温度で処理することができる。 A fuser member containing an interfacial layer and a method for forming the interfacial layer and the fuser member are provided. In one embodiment, the fixing member can include a substrate, an elastic layer, a surface layer, and an interface layer disposed between the elastic layer and the surface layer. The elastic layer can include, for example, a silicone rubber layer, and the surface layer can include, for example, a fluoropolymer such as PFA or PTFE fluoroplastic. The interfacial layer can include a diamond-containing polymer composite. Therefore, the surface layer and the fixing member can be processed at a temperature of about 250 ° C. or higher.
本明細書において説明のために用語「定着部材」(fuser member)を用いるが、用語「定着部材」は、定着部材(fixing member)、加圧部材、加熱部材および/またはドナー部材をはじめとする(しかし、これらに限定されない)静電写真印刷プロセスに有用な他の部材もその範囲に包含する。「定着部材」(fuser member)は、例えば、ベルト、プレート、シート、またはロールなどの形態であり得る。 The term “fuser member” is used herein for purposes of explanation, but the term “fusing member” includes a fixing member, a pressure member, a heating member, and / or a donor member. Other members useful in (but not limited to) electrostatographic printing processes are also included in the scope. The “fuse member” may be in the form of, for example, a belt, plate, sheet, or roll.
例えば、様々な実施形態は、定着部材および加圧部材を備える定着装置(fusing apparatus)を使用する画像描画装置も含むことができ、この場合、定着部材および加圧部材の少なくとも一方は、ポリマーマトリックス内に複数のダイヤモンド含有粒子を分散させることによって形成された1つの層を含むことができる。画像描画装置は、画像をコピー基材(紙のシート)に付与するための画像付与部材(例えば、感光体)と、画像付与部材から付与された画像を有するコピー基材を受け取り、その付与された画像をより永続的にこのコピー基材に定着させる定着装置とをさらに含むことができる。定着装置の定着部材および加圧部材によって、それらの間の、そこを通してコピー基材を受け取るための、ニップが規定されうる。 For example, various embodiments may also include an image drawing device that uses a fixing apparatus comprising a fixing member and a pressure member, wherein at least one of the fixing member and the pressure member is a polymer matrix. A single layer formed by dispersing a plurality of diamond-containing particles therein may be included. The image drawing apparatus receives an image applying member (for example, a photoconductor) for applying an image to a copy base material (paper sheet) and a copy base material having an image applied from the image applying member. And a fixing device for fixing the image to the copy substrate more permanently. A fuser member and a pressure member of the fuser device may define a nip between them for receiving a copy substrate therethrough.
図1は、本教示における例示的定着部材100の一部分を示すものである。図1に示す部材100が一般化された略図を表すこと、および他の部材/層/皮膜/粒子を追加することができるか、または、存在する部材/層/皮膜/粒子を除去もしくは変更することができることは、当業者には容易にわかるはずである。
FIG. 1 illustrates a portion of an
示したように、定着部材100は、基材110と、弾性層120と、界面層130と、表面層140とを含むことができる。表面層140を弾性層120の上に形成することができ、また弾性層120を基材110の上に形成することができる。開示された界面層130を弾性層120と表面層140との間に形成して、約250℃以上の温度で定着部材100を形成および/または使用するために望ましい特性、例えば、熱安定性をもたらすことができる。
As shown, the
本開示の定着部材100のための基材110は、例えば、ベルト、プレートおよび/または円筒ドラムの形状であり得る。様々な実施形態において、基材110は、様々な材料、例えば、金属、金属合金、ゴム、ガラス、セラミックス、プラスチック、または布(fabric)などを含むことができる。追加の例において、使用される金属としては、例えば、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅およびこれらの混合物などを挙げることができ、使用されるプラスチックとしては、ポリイミド、ポリエスエル、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリアミドおよびこれらの混合物を挙げることができる。ある実施形態において、基材110は、例えば、その上に形成されたシリコーンゴムを有するアルミニウムシリンダーまたはアルミニウム定着ロールであり得る。
The
弾性層120としては、例えば、シリコーンゴム層を挙げることができ、および表面層140は、具体的な用途に依存して、例えば、PFAおよび/またはPTFEなどのフルオロプラスチックを含むことができる。様々な実施形態において、従来の定着部材の弾性層および/または表面層ための、当業者に公知であるような材料および/または方法を、本開示の定着部材100のために使用することができる。様々な実施形態において、表面層140は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)のコポリマー、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ(エチルビニルエーテル)のコポリマー、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ(メチルビニルエーテル)のコポリマー、およびテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンとのコポリマーをはじめとする(しかし、これらに限定されない)フルオロポリマーであり得る。
界面層130を弾性層120と表面層140の間に形成して、弾性層120もしくは表面層140の膜質を高め、および/または、それらの間の接着を促進することができうる。加えて、界面層130は、ダイヤモンド含有複合材の使用のため、改善された熱的/電気的/機械的性質をもたらすことができる。従って、定着部材100の耐用年数を向上させることができる。
The
様々な実施形態において、界面層130は、定着部材100の改善された熱安定性、機械的頑強性および/または導電性をもたらすために、ポリマーマトリックス内に分散された複数のダイヤモンド含有粒子を含むことができる。様々な実施形態において、界面層130は、部材100の形成および/または使用中、弾性層120を熱的におよび/または機械的に保護することができる。例えば、界面層130の上に形成されている表面層140などの部材100を約250℃以上の温度で処理する場合、上にある界面層130のため、弾性層120についての欠陥発生を減少させるおよび/または無くすことができる。
In various embodiments, the
本明細書において、界面層130に用いる「ポリマーマトリックス」は、1つ以上の化学的にまたは物理的に架橋されたポリマー、例えば、熱可塑材、サーモエラストマー、樹脂、ポリペルフルオロエーテルエラストマー、シリコーンエラストマー、熱硬化性ポリマーまたは他の架橋材料などを含むことができる。様々な他の実施形態において、ポリマーとしては、例えば、フルオロエラストマー(例えば、Viton)、フッ素化熱可塑材(たとえば、フッ素化ポリエーテル、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポリエーテルケトン、フッ素化ポリアミドまたはフッ素化ポリエステル)をはじめとする(しかし、これらに限定されない)フッ素化ポリマー(すなわち、フルオロポリマー)を挙げることができる。様々な実施形態において、1つ以上の架橋ポリマーは、ダイヤモンド含有粒子と混合するために、半軟質である場合があり、および/または溶融されている場合がある。
As used herein, the “polymer matrix” used for the
様々な実施形態において、ポリマーマトリックスとしては、例えば、テトラフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびこれらの混合物から成る群より選択されるモノマー繰り返し単位を有する、フルオロエラストマーを挙げることができる。 In various embodiments, the polymer matrix can be, for example, from the group consisting of tetrafluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), perfluoro (propyl vinyl ether), perfluoro (ethyl vinyl ether), vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, and mixtures thereof. Mention may be made of fluoroelastomers having a monomer repeating unit selected.
市販フルオロエラストマーとしては、例えば、Viton A(登録商標)(ヘキサフルオロプロピレン(HFP)とフッ化ビニリデン(VDFまたはVF2)のコポリマー)、Viton(登録商標)−B(テトラフルオロエチレン(TFE)とフッ化ビニリデン(VDF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)のターポリマー)、およびViton(登録商標)−GF(TFEとVF2とHFPと臭素化ペルオキシド架橋点(cure site)とを含むターポリマー)、ならびにViton E(登録商標)、Viton E60C(登録商標)、Viton E430(登録商標)、Viton 910(登録商標)、Viton GH(登録商標)およびViton GF(登録商標)などを挙げることができる。Viton(登録商標)という呼称は、E.I.DuPont de Nemours,Inc.の商標である。さらに他の市販フルオロエラストマーとしては、例えば、3M CompanyからのDyneon(商標)フルオロエラストマーを挙げることができる。さらに市販材料としては、Aflas(登録商標)ポリ(プロピレン−テトラフルオロエチレン)およびFluorel II(登録商標)(LII900)ポリ(プロピレン−テトラフルオロエチレンフッ化ビニリデン)(これら両方も3M Companyから入手できる)、ならびにSolvay Solexisから入手できるFor−60KIR(登録商標)、For−LHF(登録商標)、NM(登録商標)、For−THF(登録商標)、For−TFS(登録商標)、TH(登録商標)およびTN505(登録商標)として認定されているテクノフロン(Tecnoflon)を挙げることができる。 Examples of commercially available fluoroelastomers include Viton A (registered trademark) (a copolymer of hexafluoropropylene (HFP) and vinylidene fluoride (VDF or VF2)), Viton (registered trademark) -B (tetrafluoroethylene (TFE) and fluorine. Terpolymer of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP)), and Viton®-GF (a terpolymer comprising TFE, VF2, HFP, and brominated peroxide crosslinking site), and Viton Examples include E (registered trademark), Viton E60C (registered trademark), Viton E430 (registered trademark), Viton 910 (registered trademark), Viton GH (registered trademark), and Viton GF (registered trademark). The designation Viton (registered trademark) is E.I. I. DuPont de Nemours, Inc. Trademark. Still other commercially available fluoroelastomers can include, for example, Dyneon ™ fluoroelastomer from 3M Company. Further commercially available materials include Aflas® poly (propylene-tetrafluoroethylene) and Fluorel II® (LII900) poly (propylene-tetrafluoroethylene vinylidene fluoride) (both of which are available from 3M Company) And For-60KIR®, For-LHF®, NM®, For-THF®, For-TFS®, TH® available from Solvay Solexis And technoflon certified as TN505®.
1つの実施形態において、ポリマーマトリックスとしては、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シランおよびフェノール−シラン化合物をはじめとする(しかし、これらに限定されない)有効な硬化剤(本明細書では、架橋剤、結合剤または橋かけ剤とも呼ぶ)で架橋された、フッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーを挙げることができる。 In one embodiment, the polymer matrix includes effective curing agents including, but not limited to, bisphenol compounds, diamino compounds, aminophenol compounds, amino-siloxane compounds, amino-silanes and phenol-silane compounds. Mention may be made of vinylidene fluoride-containing fluoroelastomers cross-linked with (also referred to herein as cross-linking agents, binders or cross-linking agents).
例示的ビスフェノール橋かけ剤としては、E.I.du Pont de Nemours,Inc.から入手できるViton(登録商標)Curative No.50(VC−50)を挙げることができる。Curative VC−50は、橋かけ剤としてBisphenol−AF、および促進剤として塩化ジフェニルベンジルホスホニウムを含有し得る。Bisphenol−AFは、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ジフェノールとしても知られる。 Exemplary bisphenol crosslinking agents include E.I. I. du Pont de Nemours, Inc. Viton® Curative No. available from 50 (VC-50). Curative VC-50 can contain Bisphenol-AF as a crosslinking agent and diphenylbenzylphosphonium chloride as an accelerator. Bisphenol-AF is also known as 4,4 '-(hexafluoroisopropylidene) diphenol.
架橋フルオロポリマーは、比較的柔軟であって弾性を示すエラストマーを形成することができる。特定の実施形態において、界面層に使用されるポリマーマトリックスとしては、テトラフルオロエチレン(TFE)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)とフッ化ビニリデン(VF2)と臭素化ペルオキシド架橋点とを含むViton−GF(登録商標)(E.I.du Pont de Nemours,Inc.)を挙げることができる。 Crosslinked fluoropolymers can form elastomers that are relatively soft and elastic. In certain embodiments, the polymer matrix used in the interfacial layer includes Viton-GF (including tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP), vinylidene fluoride (VF2), and brominated peroxide crosslinking points. (Registered trademark) (EI du Pont de Nemours, Inc.).
様々な実施形態において、界面層130のためのポリマーマトリックスとしては、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)のコポリマー、テトラフルオロエチレンとペルフルオロ(エチルビニルエーテル)のコポリマー、およびテトラフルオロエチレンとペルフルオロ(メチルビニルエーテル)のコポリマーをはじめとする(しかし、これらに限定されない)フルオロ樹脂を挙げることができる。様々な実施形態において、ポリマーマトリックスとしては、硬化シリコーンエラストマーを挙げることができる。
In various embodiments, the polymer matrix for the
図2は、本教示における図1における定着部材に使用される例示的界面層130Aを示す略図である。図2に示す界面層が一般化された略図を表すこと、ならびに他の粒子/充填剤/層を追加することができるか、または存在する粒子/充填剤/層を除去もしくは変更することができることは、当業者には容易にわかるはずである。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an
図2において、複数のダイヤモンド含有粒子135を例示的ポリマーマトリックス132の中に分散させることができる。様々な実施形態において、複数のダイヤモンド含有粒子135を、界面層130Aのポリマーマトリックス132全体にわたって均一におよび空間的に制御された状態で分散させることができる。
In FIG. 2, a plurality of diamond-containing
様々な実施形態において、マトリックスポリマー材料132は、界面層130(A)の少なくとも60重量%、および、1つの実施形態において、少なくとも約80重量%または少なくとも約90重量%を占めることができる。複数のダイヤモンド含有粒子135は、界面層130(A)の少なくとも約0.01重量%、および、幾つかの実施形態において、界面層130(A)の少なくとも約0.5重量%または少なくとも約1重量%であり得る。様々な実施形態において、ダイヤモンド含有粒子135は、界面層130中に約20重量%以下、例えば界面層130の約10重量%以下で、存在することができる。
In various embodiments, the
様々な実施形態において、ダイヤモンド含有粒子135としては、ナノダイヤモンド粒子、ナノメートル範囲の大きさを有するダイヤモンド粒子、を挙げることができる。大きさの範囲は個々の用途または個々の部材の構成に依存して変わることがあることに留意しなければならない。しかし、1つの実施形態において、ナノダイヤモンド粒子は、約1000nm(1マイクロメートル)以下の範囲の大きさでありうる。別の実施形態において、ナノダイヤモンド粒子は、約1nmから約100nmの範囲の大きさでありうる。さらに別の実施形態において、ナノダイヤモンド粒子は、約10nmから約500nmの範囲の大きさでありうる。
In various embodiments, the diamond-containing
本明細書において、平均粒径は、ダイヤモンド含有粒子(または他の充填剤粒子)のその(それらの)粒子の形に基づく任意の固有寸法、例えば、当業者に公知であるような重量によるメディアン粒径(d50)、の平均の大きさを指す。例えば、平均粒径は、実質的に球形の粒子の直径によって与えられることがあり、または不規則な形状の粒子については呼び径(nominal diameter)によって与えられることがある。さらに、粒子の形は、いかなる形にも限定されない。そのようなナノ粒子は、円形、長円形、正方形、自形(euhedral)などをはじめとする様々な断面形をとることができる。 As used herein, the average particle size may be any inherent dimension of the diamond-containing particles (or other filler particles) based on their particle shape, eg, median by weight as known to those skilled in the art. It refers to the average size of the particle size (d 50 ). For example, the average particle size may be given by the diameter of a substantially spherical particle, or for irregularly shaped particles by the nominal diameter. Further, the shape of the particles is not limited to any shape. Such nanoparticles can take a variety of cross-sectional shapes including circular, oval, square, euhedral and the like.
様々な実施形態において、ダイヤモンド含有粒子135は、例えば、ナノスフェア、ナノチューブ、ナノファイバー、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤー、ナノロッドおよびナノニードルならびにそれらの様々な官能化および誘導体化フィブリル形態(より糸(thread)、ヤーン、布などの典型的形態を有するナノファイバーを含む)の形態であり得る。様々な他の実施形態において、ダイヤモンド含有粒子は、例えば、球形、ホイスカー、ロッド、フィラメント、ケージ構造、バッキーボール(例えば、バックミンスターフラーレン)、およびこれらの混合物の形であり得る。
In various embodiments, the diamond-containing
様々な実施形態において、ダイヤモンド含有粒子、すなわちナノダイヤモンド粒子、は、モース硬度計で少なくとも約9の粒子硬度を有することができ、幾つかの実施形態では、少なくとも約9.7から純粋なダイヤモンドの場合の10(これがモース硬度計での最大値である)の粒子硬度を有することができる。 In various embodiments, the diamond-containing particles, ie nanodiamond particles, can have a particle hardness of at least about 9 on a Mohs hardness scale, and in some embodiments, from at least about 9.7 to pure diamond. Can have a particle hardness of 10 (this is the maximum value on a Mohs hardness scale).
9を超えるモース硬度を有することに加えて、ナノダイヤモンド粒子は、部材100の界面層130(A)による熱の伝達を助長する熱伝導率を有することができる。具体的には、ダイヤモンド含有粒子135は、ダイヤモンド粒子のない層と比較してその層の熱伝導率を増大させることができる。熱伝導が温度勾配にのみ依存する場合、熱伝導率は、単位時間に定常条件下で単位面積の表面に対して垂直方向に、温度勾配に起因して、伝導される熱の量である。定着部材の従来の層のものに比してのこの界面層130(A)の熱伝導率の増加により、定着部材100のより迅速な暖機が可能となる。例えば、シリコーンゴムおよびTeflon(登録商標)は、一般に、約0.002W/cm・Kの比較的低い熱伝導率を有するが、ダイヤモンドの熱伝導率は、その純度に依存して、室温で、約6から約50W/cm・Kまで様々であり得る。ダイヤモンド粒子が界面層130の熱伝導率を上昇させる量は、粒子の濃度および粒径ならびに粒子の純度に依存し得る。このように、界面層130の熱伝導率を、類似した負荷量および粒径の従来の材料を利用している比較対象となる層のものより増大させることができる。
In addition to having a Mohs hardness greater than 9, the nanodiamond particles can have a thermal conductivity that facilitates heat transfer through the interface layer 130 (A) of the
ダイヤモンド含有粒子135は、天然もしくは合成ダイヤモンドまたはそれらの組み合わせから形成することができる。一般に、天然ダイヤモンドは、sp3結合として知られる、炭素原子が四面体結合している面心立方結晶構造を有する。具体的には、それぞれの炭素原子は、それぞれが正四面体の先端に位置する他の4個の炭素原子によって包囲され、それらに結合することができる。さらに、いずれの2個の炭素原子間の結合長も周囲温度条件で1.54オングストロームであり、いずれの2つの結合間の角度も109度である。天然ダイヤモンドの密度は、約3.52g/cm3である。正規または正四面体構造で結合している炭素原子の図を図3に示す。1つの実施形態において、ナノダイヤモンドは、例えばダイヤモンドブレンドのデトネーション、その後の化学的精製によって製造することができる。
Diamond-containing
合成ダイヤモンドは、化学蒸着法(chemical vapor deposition)または高圧などの化学的または物理的プロセスによって形成される工業生産ダイヤモンドである。自然発生ダイヤモンドと同様に、合成ダイヤモンドは、三次元炭素結晶を含むことができる。合成ダイヤモンドは、非晶質形態の炭素であるダイヤモンド状炭素と同じでないことに留意しなければならない。 Synthetic diamonds are industrially produced diamonds formed by chemical or physical processes such as chemical vapor deposition or high pressure. Similar to naturally occurring diamonds, synthetic diamonds can include three-dimensional carbon crystals. It should be noted that synthetic diamond is not the same as diamond-like carbon, which is an amorphous form of carbon.
例示的実施形態に有用であり得る合成ダイヤモンドの例としては、多結晶ダイヤモンドおよび金属結合ダイヤモンドを挙げることができる。多結晶ダイヤモンドは、例えば厚みが約5mm以下および直径が約30cmのフラットウェーハとして、または幾つかの事例では三次元形として、化学蒸着法によって成長させることができる。多結晶ダイヤモンドは、ポップコーン様構造を有することができる。このダイヤモンドは、完全に透明にすることができるが、通常は黒色である。結晶構造は、八面体である場合もある。金属結合形態の合成ダイヤモンドは、グラファイトと金属粉末の混合物を長期間にわたって高圧で加圧することによって形成することができる。例えば、ニッケル/鉄系金属結合ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドに似ている製品を形成するために十分な期間、高圧高温(HPHT)プレスの中にグラファイトおよびニッケル鉄ブレンド粉末を入れておくことによって製造する。コバルトなどの他の金属を使用することもできる。ダイヤモンドをプレスから取り出した後、それを粉砕プロセスに付す。化学的および熱的クリーニングプロセスを利用して、その表面を磨き上げることができる。その後、それを超微粉砕して所望の大きさ範囲を生じさせることができる。このようにして形成された粒子は、一貫した形を持たない、フレークまたは小さな破片であり得る。結晶構造は、天然ダイヤモンドについてと同様に、単結晶である場合もある。 Examples of synthetic diamond that may be useful in exemplary embodiments may include polycrystalline diamond and metal bonded diamond. Polycrystalline diamond can be grown by chemical vapor deposition, for example, as a flat wafer having a thickness of about 5 mm or less and a diameter of about 30 cm, or in some cases as a three-dimensional shape. Polycrystalline diamond can have a popcorn-like structure. The diamond can be completely transparent but is usually black. The crystal structure may be octahedral. Synthetic diamond in metal bonded form can be formed by pressing a mixture of graphite and metal powder at high pressure for a long period of time. For example, nickel / iron-based metal bonded diamond is produced by placing graphite and nickel iron blend powder in a high pressure high temperature (HPHT) press for a period sufficient to form a product resembling natural diamond. . Other metals such as cobalt can also be used. After the diamond is removed from the press, it is subjected to a grinding process. Chemical and thermal cleaning processes can be utilized to polish the surface. It can then be micronized to produce the desired size range. The particles thus formed can be flakes or small debris that do not have a consistent shape. The crystal structure may be a single crystal, similar to natural diamond.
ダイヤモンド含有粒子135は、主として、ダイヤモンド、天然または合成ダイヤモンド、から形成され得る。すなわち、ダイヤモンド含有粒子は、少なくとも50%ダイヤモンドを含むことができ、一般には少なくとも80%、または少なくとも90%ダイヤモンド含むことができ、幾つかの実施形態では、少なくとも95%ダイヤモンド含むことができ、他の実施形態では、99%より多いダイヤモンド、例えば純粋なダイヤモンド、を含むことができる。詳細には、ダイヤモンド含有粒子は、少なくとも約50重量%の結晶炭素を含むことができ、幾つかの実施形態では、少なくとも80%または少なくとも90%または少なくとも95%結晶炭素を含むことができる。
Diamond-containing
様々な実施形態において、ナノダイヤモンド粒子は、粉末または分散体の形態で市販されているものでもよい(例えば、NANOBLOX,Inc.(フロリダ州、ボカラトン)のもの)。例えば、未加工ナノダイヤモンドブラック(NB50)は、50%のsp3炭素および50%のsp2炭素(sp3コアおよびsp2エンベロープ、BET 〜460m2/g)を有し得;そしてナノダイヤモンドグレー(NB90)は、90%のsp3炭素および10%のsp2炭素を有し得る。 In various embodiments, the nanodiamond particles may be commercially available in the form of a powder or dispersion (eg, from NANOBLOX, Inc. (Boca Raton, FL)). For example, raw nanodiamond black (NB50) may have 50% sp 3 carbon and 50% sp 2 carbon (sp 3 core and sp 2 envelope, BET ˜460 m 2 / g); and nano diamond gray (NB90) may have 90% sp 3 carbon and 10% sp 2 carbon.
様々な実施形態において、複数のダイヤモンド含有粒子135、すなわちナノダイヤモンド、を機能性表面をもたらすように表面改質することができる。すなわち、特性改善のためにダイヤモンド表面を化学的に調整することができる。幾つかの実施形態において、ナノダイヤモンド粒子は、化学的に活性な表面を有する化学的に不活性なダイヤモンドハードコアを備えることができる。活性ダイヤモンド表面は、炭素構造に直接連結され得る、メチル、−OH、−COOH、−NH2または四級化アミノ基をはじめとする(しかし、これらに限定されない)一連の官能性化学基を含むことができる。1つの実施形態において、活性表面は、約76%のC、約6%のOおよび約10%のNを含むことができる。様々な実施形態において、金属改質ナノダイヤモンドも市販されている場合があり、例えば、フロリダ州、ボカラトンのNanoblox,Inc.から供給されている。前記ダイヤモンド含有粒子を改質するために使用することができる金属としては、Cu、Fe、Ag、AuおよびAIを挙げることができるが、これらに限定されない。
In various embodiments, a plurality of diamond-containing
図2について、ダイヤモンド含有粒子135をポリマーマトリックス132の中に分散された充填剤材料として使用して、例えば、得られるポリマーマトリックスの熱伝導率/導電率および/または機械的頑強性などの、物理的性質を実質的に制御する、例えば強化することができる。得られる材料は、例えば、様々な定着サブシステムおよび実施形態における定着材料として、使用することができる。
With reference to FIG. 2, using diamond-containing
様々な実施形態において、界面層130は、ダイヤモンド含有複合分散体に他の充填剤、例えば無機粒子、をさらに含むことができる。様々な実施形態において、無機粒子としては、金属酸化物、非金属酸化物、金属または他の適する粒子を挙げることができるが、これらに限定されない。具体的には、金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化銅、五酸化アンチモン、酸化インジウム錫およびこれらの混合物を挙げることができる。非金属酸化物としては、例えば、窒化ホウ素、炭化ケイ素(SiC)などを挙げることができる。金属としては、例えば、ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、鉄などを挙げることができる。様々な実施形態において、当業者に知られている他の添加剤もダイヤモンド含有コーティング複合材に含めることができる。
In various embodiments, the
様々な実施形態において、ダイヤモンド/ポリマー複合分散体を使用して、本開示の界面層130を形成することができる。複合分散体は、例えば、複数のダイヤモンド含有粒子、1つ以上のポリマーおよび/または対応する硬化剤を分散させるために有効な溶剤、ならびに場合によっては、当業者に公知である無機充填剤粒子または界面活性剤を含むように、調製することができる。
In various embodiments, a diamond / polymer composite dispersion can be used to form the
有効な溶剤としては、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、およびこれらの混合物を挙げることができるが、それらに限定されない。適する分散体を形成することができる他の溶剤は、本明細書中の実施形態の範囲内のものであり得る。 Effective solvents can include, but are not limited to, methyl isobutyl ketone (MIBK), acetone, methyl ethyl ketone (MEK), and mixtures thereof. Other solvents that can form suitable dispersions can be within the scope of the embodiments herein.
従って、様々な実施形態は、本教示による定着部材100を形成するための方法を含むことができる。形成中、様々な層形成技術、例えば、塗工技術、押出技術および/または成形(molding)技術などを、弾性層120を形成するために基材110に、界面層130を形成するために弾性層120に、および/または表面層140を形成するために界面層130に、それぞれ適用することができる。
Accordingly, various embodiments can include a method for forming a
本明細書において、用語「塗工技術」は、材料または表面に分散体を付与する、形成するまたは付着(deposit)させるための技術またはプロセスを指す。従って、用語「塗工」または「塗工技術」は、本技術に特に限定されず、浸漬塗工、塗装、ブラシ塗工、ロール塗工、たんぽずり、スプレー塗工、スピンコーティング、キャスティングまたは流し塗りを利用してもよい。例えば、界面層130を形成するための複合分散体および表面層140を形成するための第二の分散体を、エアーブラシでのスプレー塗工により、弾性層120および形成された界面層130上にそれぞれ塗工することができる。様々な実施形態において、ギャップ塗工は、ベルトまたはプレートなどの平坦な基材を塗工するために用いることができ、これに対して流し塗りは、ドラムもしくは定着器ロールまたは定着器部材の基材などの円筒形の基材を塗工するために用いることができる。
As used herein, the term “coating technique” refers to a technique or process for applying, forming, or depositing a dispersion on a material or surface. Therefore, the term “coating” or “coating technique” is not particularly limited to this technique, and dip coating, painting, brush coating, roll coating, danpozuri, spray coating, spin coating, casting or casting. A fill may be used. For example, the composite dispersion for forming the
様々な実施形態において、本開示の定着部材100は、約0.1マイクロメートルから約100マイクロメートルの厚みを有する界面層130、約1マイクロメートルから約200マイクロメートルの厚みを有する表面層140、および約2マイクロメートルから約10ミリメートルの厚みを有する弾性層120を含むことができる。
In various embodiments, the
図4は、本教示による図1の定着部材100を形成するための例示的方法200を示すものである。図4の方法200を、一連の動作または事象として図解し、下で説明するが、本発明が、そのような動作または事象の説明した順序に限定されないことは理解されるであろう。例えば、幾つかの動作は、異なる順序で行われることがあり、および/または本明細書中で説明および/もしくは記載するものに加えて他の動作もしくは事象と同時に行われることがある。また、本発明の1つ以上の態様または実施形態による方法論を実行するために、説明したすべてのステップを必ずしも必要としないことがある。さらに、本明細書に説明される動作の1つ以上を1つ以上の別個の動作および/またはフェーズで行うことができる。
FIG. 4 illustrates an
図4の210において、複数のダイヤモンド含有粒子とポリマーとを含む複合分散体を形成することができる。例えば、複合分散体は、無機溶剤(例えば、MIBK)中のフルオロポリマー(例えば、Viton)、ダイヤモンド含有粒子、硬化剤(例えば、ビスフェノール硬化剤VC−50)、および場合によっては無機充填剤(例えば、MgO)を含むことができる。 At 210 in FIG. 4, a composite dispersion comprising a plurality of diamond-containing particles and a polymer can be formed. For example, the composite dispersion may include a fluoropolymer (eg, Viton), diamond-containing particles, a curing agent (eg, bisphenol curing agent VC-50), and optionally an inorganic filler (eg, MIBK) in an inorganic solvent (eg, MIBK). , MgO).
220において、ダイヤモンド/ポリマー複合分散体を弾性層の上に付着、塗工、または押出すことができる。様々な実施形態において、弾性層(図1の120も参照)を、従来の定着部材の基材(図1の110も参照)の上に形成することができ、例えばその基材の上に例示的シリコーンゴムを成形することによって形成することができる。その後、本開示複合分散体を、例えば、その例示的シリコーンゴム層の上に流し塗りすることができ、ある時間長にわたって部分的にまたは完全に蒸発させ、その後、硬化プロセスに付して界面層(図1〜2の130も参照)を形成することができる。この硬化プロセスは、使用するポリマーおよび硬化剤によって決定され得る。 At 220, the diamond / polymer composite dispersion can be deposited, coated, or extruded over the elastic layer. In various embodiments, an elastic layer (see also 120 in FIG. 1) can be formed on a substrate of a conventional fuser member (see also 110 in FIG. 1), for example illustrated on that substrate. It can be formed by molding a typical silicone rubber. The disclosed composite dispersion can then be flow-coated, for example, over the exemplary silicone rubber layer and allowed to partially or fully evaporate over a period of time before being subjected to a curing process to provide an interfacial layer. (See also 130 in FIGS. 1-2). This curing process can be determined by the polymer and curing agent used.
界面層130を形成するための硬化プロセスとしては、例えば、段階的硬化プロセスを挙げることができる。例示的実施形態では、塗工された/押出された/成形されたダイヤモンド/ポリマー複合分散体を約49℃の対流式オーブンの中に2時間置くことができ、この温度を約177℃に上昇させることができ、さらなる硬化を約2時間行うことができ、この温度を約204℃に上昇させることができ、この塗膜をこの温度で約2時間さらに硬化させることができ、最後に、この温度を約232℃に上昇させることができ、この塗膜をさらに6時間硬化させることができる。他の硬化スケジュールも可能であり得る。当業者に公知の硬化スケジュールは、本明細書における実施形態の範囲内であり得る。
Examples of the curing process for forming the
230において、付着させたおよび/または硬化したダイヤモンド/ポリマー複合材に第二の分散体を付与し、その後、図4の240における熱処理を施すことによって、表面層(図1の140も参照)を形成することができる。例えば、界面層を形成するための硬化プロセスの後、PFAから調製したフルオロプラスチック分散体を形成された界面層の上に、例えばスプレーまたは粉体塗工技術によって、付着させることができる。その後、その表面層を約250℃以上の、例えば、約350℃から約360℃などの高温で焼成することができる。 At 230, the surface layer (see also 140 in FIG. 1) is applied by applying a second dispersion to the deposited and / or hardened diamond / polymer composite, followed by a heat treatment at 240 in FIG. Can be formed. For example, after a curing process to form an interfacial layer, a fluoroplastic dispersion prepared from PFA can be deposited on the formed interfacial layer, for example, by spraying or powder coating techniques. The surface layer can then be fired at a high temperature of about 250 ° C. or higher, for example, about 350 ° C. to about 360 ° C.
様々な実施形態において、例えば図4の動作220での、界面層130の作製中に、ダイヤモンド/ポリマー複合材の溶剤系もしくは分散系を、および/または下にある弾性層120上の付着物の滞留時間(resident time)を制御して、界面層130についての高い製膜品質を獲得すること、および定着部材100の層間の望ましい界面接着性を得ることができる。
In various embodiments, during the creation of the
様々な実施形態において、界面層130および表面層140を弾性層120の上に作製する際、界面層130および表面層140の焼成(または硬化)プロセスを組み合わせることができる。
In various embodiments, the
このように、界面層130は高温熱安定性および機械的頑強性をもたらすことができるので、表面層140の高温焼成または硬化を行って、例えば下にある弾性層120および形成された表面層140中に如何なる欠陥も生じさせることなく、定着部材100に高品質をもたらすことができる。加えて、界面層130のため、定着部材100は、例えば、改善された層間接着性、付着物の安定性、改善された熱伝導率、改善された導電率、および長い耐用期間を有することができる。
In this manner, the
実施例1−ダイヤモンド/Viton複合材を含有する界面層の作製 Example 1-Preparation of interface layer containing diamond / Viton composite
18時間、200rpmで2mmステンレスショットを使用してメチルイソブチルケトン(MIBK)有機溶剤中のナノダイヤモンドおよびVitonを粉砕することにより、複合コーティング分散体を作製した。このダイヤモンド/Vitonナノ複合材分散体は、10重量%のナノダイヤモンドNB90(フロリダ州、ボカラトンのNanoblox,Inc.から入手できる、90%のsp3炭素および10%のsp2炭素)および89重量%のViton(登録商標)GFならびに1重量%のビスフェノール硬化剤VC−50(デラウェア州、ウィルミントンのE.I.du Pont de Nemours,Inc.から入手できるViton(登録商標)Curative No.50)を含んでいた。 A composite coating dispersion was made by grinding nanodiamonds and Viton in methyl isobutyl ketone (MIBK) organic solvent using a 2 mm stainless steel shot at 200 rpm for 18 hours. The diamond / Viton nanocomposite dispersion, 10 weight% of nanodiamonds NB90 (Florida, Boca Raton Nanoblox, available from Inc., 90% of sp 3 carbon and 10 percent of sp 2 carbon atoms) and 89 wt% Viton® GF as well as 1 wt% bisphenol curing agent VC-50 (Viton® Curative No. 50 available from EI du Pont de Nemours, Inc., Wilmington, Del.). Included.
20μmナイロン布によって濾過した後、均一なナノ複合材分散体を得、その後、ドローバー(draw bar)塗工プロセスによって例示的ガラスプレート上にそれらを塗工して皮膜を形成した。 After filtration through a 20 μm nylon cloth, uniform nanocomposite dispersions were obtained, which were then coated onto an exemplary glass plate by a draw bar coating process to form a film.
ナノ複合材分散体の塗工プロセスの後、約2時間、約49℃、そして約2時間、約177℃、その後、約2時間、約204℃、そしてその後、後硬化のために約6時間、約232℃という段階的温度で硬化プロセスを行った。 About 2 hours, about 49 ° C., and about 2 hours, about 177 ° C., then about 2 hours, about 204 ° C., and then about 6 hours for post-curing after the nanocomposite dispersion application process The curing process was performed at a step temperature of about 232 ° C.
結果として、20μm厚のナノ複合材皮膜を得、均一な表面を有することを検査した。 As a result, a 20 μm thick nanocomposite film was obtained and examined to have a uniform surface.
実施例2−定着部材の作製 Example 2 Preparation of Fixing Member
定着ロールの従来のシリコーンゴム層の上に界面層を流し塗りまたは浸漬塗工し、その後、硬化させた。PFAトップコートを表面層として使用し、これは、実施例1において形成される界面層の上面にPFA(デラウェア州、ウィルミントンのE.I.du Pont de Nemours,Inc.から入手できるTE−7224)水性分散体をスプレーまたは粉体塗布し、その後、10分間、約350℃の高温で焼成することによって作製した。 The interfacial layer was cast or dip coated on the conventional silicone rubber layer of the fuser roll and then cured. A PFA topcoat was used as the surface layer, which was placed on top of the interfacial layer formed in Example 1 with PFA (TE-7224 available from EI du Pont de Nemours, Inc., Wilmington, Del.). ) Prepared by spraying or powder-coating the aqueous dispersion followed by firing at a high temperature of about 350 ° C. for 10 minutes.
実施例3−界面層の表面抵抗率 Example 3-Surface resistivity of interface layer
高低効率計(High Resistivity Meter)(Hiresta−Up MCP−HT450、三菱化学株式会社(東京、日本)製)を使用して、実施例1の形成された界面層の表面抵抗率をその皮膜の様々な箇所で約72°F(約22.2℃)の温度でおよび約65%の室内湿度で測定し、結果を表1に示した。
示したように、検査した界面層は、純粋なViton層より約6桁大きく導電性であった。 As shown, the interfacial layer tested was about 6 orders of magnitude more conductive than the pure Viton layer.
100 定着部材
110 基材
120 弾性層
130、130(A) 界面層
140 表面層
132 ポリマーマトリックス
135 ダイヤモンド含有粒子を例示的
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基材の上に配置された弾性層と、
前記弾性層の上に配置された、ポリマーマトリックス内に分散された複数のダイヤモンド含有粒子を含む界面層と、
前記界面層の上に配置された表面層と、
を含む定着部材。 A substrate;
An elastic layer disposed on the substrate;
An interfacial layer comprising a plurality of diamond-containing particles dispersed in a polymer matrix disposed on the elastic layer;
A surface layer disposed on the interface layer;
A fixing member.
複数のダイヤモンド含有粒子とポリマーとを含む複合分散体を形成することと、
前記複合分散体を、基材の上に形成された弾性層の上に付着させて、界面層を形成することと、
前記界面層の上に第二の分散体を付与することと、
前記の付与した第二の分散体を250℃以上の温度で処理して、前記界面層の上に表面層を形成することと、
を含む方法。 A method for manufacturing a member, comprising:
Forming a composite dispersion comprising a plurality of diamond-containing particles and a polymer;
Attaching the composite dispersion on an elastic layer formed on a substrate to form an interface layer;
Providing a second dispersion on the interface layer;
Treating the applied second dispersion at a temperature of 250 ° C. or higher to form a surface layer on the interface layer;
Including methods.
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